Para peneliti di Harvard Wyss Institute dan Dana-Farber Cancer Institute melaporkan bahwa platform vaksin berbasis origami DNA yang disebut DoriVac menghasilkan respons imun yang kuat pada tikus dan model "Chip Organ" kelenjar getah bening manusia. Tim tersebut mengatakan bahwa pendekatan ini dapat lebih mudah untuk disimpan dan diproduksi daripada vaksin mRNA yang diberikan dengan nanopartikel lipid, meskipun penelitian ini masih dalam tahap praklinis. Hasil penelitian ini dipublikasikan di Nature Biomedical Engineering.
Vaksin mRNA memainkan peran sentral dalam respons COVID-19. Setelah uji klinis, dosis vaksin mRNA COVID-19 pertama diberikan pada tanggal 8 Desember 2020. Para peneliti kemudian memperkirakan melalui pemodelan matematis bahwa vaksinasi COVID-19 mencegah setidaknya 14,4 juta kematian di seluruh dunia selama tahun pertama program vaksinasi global (8 Desember 2020 hingga 8 Desember 2021), dengan menggunakan kematian COVID-19 yang dilaporkan secara resmi sebagai hasilnya.
Bahkan ketika platform mRNA berkembang, studi tentang vaksinasi COVID-19 telah menyoroti kendala praktis dan biologis yang dapat mempersulit penggunaan yang sedang berlangsung. Wyss Institute mencatat bahwa perlindungan dapat bervariasi di antara individu dan tidak bertahan tanpa batas waktu, dan bahwa kemunculan varian SARS-CoV-2 yang terus-menerus dapat mengurangi efektivitas vaksin sehingga perlu dilakukan pembaruan. Lembaga ini juga menunjukkan kompleksitas dan biaya produksi, tantangan dalam mengendalikan berapa banyak mRNA yang dikemas ke dalam nanopartikel lipid, dan persyaratan penyimpanan dingin; lembaga ini juga mengutip potensi efek "tidak tepat sasaran" yang tidak diinginkan.
Dengan latar belakang tersebut, sebuah tim multidisiplin dari Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University, Dana-Farber Cancer Institute (DFCI), dan institusi mitra menguji konsep alternatif berdasarkan nanoteknologi origami DNA. Platform yang disebut DoriVac ini dirancang untuk berfungsi sebagai vaksin dan adjuvan dengan secara tepat mengatur komponen perangsang kekebalan pada struktur nano DNA yang dilipat.
Para peneliti membuat DoriVac dari struktur DNA persegi kecil yang dapat disusun sendiri. Menurut deskripsi Wyss Institute tentang karya tersebut, satu sisi struktur menyajikan molekul adjuvan pada jarak nanometer yang dikontrol dengan cermat, sementara sisi yang berlawanan menampilkan antigen yang dipilih, termasuk wilayah peptida yang dilestarikan yang dikenal sebagai heptad repeat 2 (HR2) yang ditemukan pada protein lonjakan beberapa virus.
Dalam penelitian pada tikus, vaksin DoriVac yang menargetkan SARS-CoV-2 menggunakan antigen HR2 memicu aktivitas kekebalan tubuh yang kuat, termasuk respons yang digerakkan oleh antibodi (humoral) dan respons yang digerakkan oleh sel T (seluler). Tim tersebut melaporkan peningkatan sel B yang memproduksi antibodi, sel dendritik penyaji antigen yang teraktivasi, dan memori spesifik antigen serta populasi sel T sitotoksik.
Untuk lebih mendekati biologi kekebalan tubuh manusia, kelompok ini juga menguji pendekatan dalam model manusia praklinis menggunakan teknologi Chip Organ Mikrofluida Wyss Institute yang dikonfigurasikan untuk mensimulasikan kelenjar getah bening manusia ("Chip LN manusia"). Dalam sistem tersebut, vaksin SARS-CoV-2 HR2 DoriVac mengaktifkan sel dendritik manusia dan meningkatkan produksi sitokin inflamasi dibandingkan dengan komponen "bebas origami", sekaligus meningkatkan jumlah sel T CD4+ dan CD8+ dengan berbagai fungsi perlindungan.
Penelitian ini juga mengevaluasi formulasi DoriVac yang menghadirkan protein lonjakan SARS-CoV-2 secara penuh. Pada tikus, dengan menggunakan pendekatan gaya penguat, para peneliti membandingkannya dengan vaksin mRNA Moderna dan Pfizer/BioNTech yang diberikan melalui nanopartikel lipid yang mengkodekan protein lonjakan yang sama, dan melaporkan respons sel T antivirus dan sel B yang memproduksi antibodi yang serupa.
William Shih, anggota Wyss Institute Core Faculty dan salah satu penulis utama, mengatakan bahwa platform ini memberikan "kontrol yang belum pernah ada sebelumnya atas komposisi vaksin" dan dapat diprogram untuk membentuk pengenalan kekebalan pada sel kekebalan yang ditargetkan. Yang (Claire) Zeng, penulis pertama dan penulis pendamping, mengatakan bahwa tim tersebut mengamati aktivasi kekebalan humoral dan seluler yang lebih luas daripada yang dapat dicapai dengan komponen yang sebanding yang tidak tersusun pada struktur origami DNA. Donald Ingber, penulis lain yang juga berkorespondensi, mengatakan bahwa chip kelenjar getah bening manusia menawarkan tempat pengujian yang profil dan aktivitas kekebalan spesifik antigen yang diinduksi cenderung mencerminkan apa yang akan terjadi pada resipien manusia.
Para peneliti berpendapat bahwa vaksin origami DNA dapat menawarkan keuntungan praktis untuk distribusi dan produksi, termasuk mengurangi ketergantungan pada penyimpanan rantai dingin dan potensi untuk menghindari beberapa tantangan produksi yang terkait dengan vaksin mRNA yang diformulasikan dengan partikel nano lipid. Namun, temuan ini masih didasarkan pada percobaan pada tikus dan sistem Chip Organ manusia praklinis, dan studi klinis pada manusia masih diperlukan untuk memastikan keamanan, daya tahan perlindungan, dan efektivitasnya terhadap penyakit.
